CN207144931U - 一种压力敏感地层控压钻井监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油勘探开发钻井的井眼压力监测领域，具体是一种压力敏感地层控压钻井监测系统。为了克服现有技术的不足，本实用新型主要提出一种压力敏感地层控压钻井监测系统，包括立管压力传感器通过螺纹连接在钻台立管本体，井下环空压力测量短节连接在钻台立管本体上，套管回压传感器通过螺纹连接在节流管汇上，节流管汇通过法兰与井口四通连接,泥浆出口密度传感器安置在振动筛前导流槽内，泥浆入口密度传感器固定在循环罐里，液位传感器通过支架固定在循环罐里，流量传感器安装在循环罐与泥浆泵之间，循环罐与泥浆泵之间管路通过碟阀连接。本实用新型成本低廉，操作简便，易于安装实施，精确测量井筒压力参数并实时款速传递数字信号。

Description

一种压力敏感地层控压钻井监测系统

技术领域

本实用新型涉及石油勘探开发钻井的井眼压力监测领域，具体是一种压力敏感地层控压钻井监测系统。

背景技术

随着油气勘探向着更深更复杂的地层推进，在深井压力敏感地层钻进过程中，由于压力敏感地层破裂压力与孔隙压力差值过小，安全密度窗口过窄给常规的过平衡钻井安全钻进带来挑战，存在喷漏同层上吐下泻的压力敏感地层，窄密度窗口安全钻井的问题已成为钻井施工的技术瓶颈。传统钻井方式井底压力波动大，可以调节的是钻井液性能如密度、粘度和钻井参数如排量、泵压、钻压等；泥浆调节需要两个循环周，调整周期长时效慢，钻井参数调节由于管内压力损耗和井眼轨迹迂曲使得调节效果不理想。因此钻井现场需要快速便捷的实现动态监测井底压力，并辅助井口配套回压系统使井底动态压力稳定在安全密度窗口内，才能保证压力敏感地层中的安全钻进。

目前控压钻井以及精细控压钻井是一整套复杂的闭环压力控制系统，包括数据采集系统、回压补偿系统、自动节流控制系统、PLC电液控制系统，复杂的系统需要安装大量传感器及线缆、庞大的设备体积和高昂的钻井成本；仅数据采集系统就需要设计压力、流量、密度、温度、密度几十个传感器，即便可以利用综合录井系统数据，但现场服务方每家录井系统都不一样，数据格式及数据存储接口很难共享，数据实时监控更加难以实现。因此现场需要一套结构简单、成本低廉、便于独立实施的监控系统，同时满足井眼环空压力控制，保证压力敏感地层安全钻进。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型主要提出一种压力敏感地层控压钻井监测系统，本实用新型可以实时监控井眼环空压力，独立获取压力控制关键参数根据井眼压力平衡模型提供回压控制预警，为钻井现场提供一种更易实施的监测系统。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：

一种压力敏感地层控压钻井监测系统，包括立管压力传感器、钻台立管本体、井下环空压力测量短节、套管回压传感器、节流管汇、井口四通、泥浆出口密度传感器、循环罐、液位传感器、流量传感器、泥浆泵，立管压力传感器通过螺纹连接在钻台立管本体，井下环空压力测量短节连接在钻台立管本体上，套管回压传感器通过螺纹连接在节流管汇上，节流管汇通过法兰与井口四通连接,泥浆出口密度传感器安置在振动筛前导流槽内，泥浆入口密度传感器固定在循环罐里，液位传感器通过支架固定在循环罐里，流量传感器安装在循环罐与泥浆泵之间，循环罐与泥浆泵之间管路通过碟阀连接，立管压力传感器、套管回压传感器、液位传感器、流量传感器均通过电缆连接通过串行总线汇集于总线接口，总线接口连接工况解码器，井下环空压力测量短节为双母接头。

进一步的是，井下环空压力测量短节由涡轮发电模块，脉冲发生器模块和井下环空压力传感器模块组成。

进一步的是，涡轮发电模块为脉冲发生器和环空压力传感器提供电力，脉冲发生器工作方式为泥浆正脉冲，泥浆正压力脉冲沿钻具组合内部传递，环空压力传感器测得的数值由泥浆脉冲发生器编码并产生压力脉冲。

所有传感器由线缆链接并经转接头汇集于总线接口，总线接口连接工况解码器并输出数字信号；井下泥浆压力脉冲由立管处压力传感器接收，由工况解码器滤波后解码井底环空压力并输出数字信号。

解码器解码的数字信号通过通讯接口传送到显示器上显示，通信接口采用标准串行总线(RS485总线标准，MODBUS通讯协议)，可挂载16台输出终端，输出信号可共享给多台电脑，司钻房、监督房、钻井值班房。

本实用新型基于已有的井筒压力平衡和水力模型，独立获取压力敏感地层控压钻进时的关键参数，精确实时监测井筒压力状态；信号稳定数据传输距离远，可挂载多台终端实现钻井数字化；成本低廉，操作简便，钻井现场易于安装实施，精确测量井筒压力参数并实时款速传递数字信号。

附图说明

附图1为本实用新型最佳实施例的系统配置示意图；

附图2为环空压力测量短节结构示意图。

图中所示：1为立管压力传感器，2为套管压力传感器，3为泥浆出口密度传感器，4泥浆为入口密度传感器，5为液位传感器，6为流量传感器，7为井下环空压力测量短节，8为井下环空压力传感器，9为涡轮发电模块，10为泥浆脉冲发生器。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际实施情况来确定具体的实施方式。

一种压力敏感地层控压钻井监测系统，包括立管压力传感器、钻台立管本体、井下环空压力测量短节、套管回压传感器、节流管汇、井口四通、泥浆出口密度传感器、循环罐、液位传感器、流量传感器、泥浆泵，立管压力传感器通过螺纹连接在钻台立管本体，井下环空压力测量短节连接在钻台立管本体上，套管回压传感器通过螺纹连接在节流管汇上，节流管汇通过法兰与井口四通连接,泥浆出口密度传感器安置在振动筛前导流槽内，泥浆入口密度传感器固定在循环罐里，液位传感器通过支架固定在循环罐里，流量传感器安装在循环罐与泥浆泵之间，循环罐与泥浆泵之间管路通过碟阀连接，立管压力传感器、套管回压传感器、液位传感器、流量传感器均通过电缆连接通过串行总线汇集于总线接口，总线接口连接工况解码器，井下环空压力测量短节为双母接头。

具体来说，井下环空压力测量短节7由涡轮发电模块8，脉冲发生器模块8和井下环空压力传感器模块10组成，其中涡轮发电模块8为脉冲发生器和环空压力传感器提供电力，脉冲发生器工作方式为泥浆正脉冲，泥浆正压力脉冲沿钻具组合内部传递，环空压力传感器10测得的数值由泥浆脉冲发生器编码并产生压力脉冲。

在压力敏感地层安全钻进，就是需要根据不同工况和钻井参数变化，通过动态调整井口套管回压对环空井眼压力进行控制，保持井底动态压力平衡。钻具组合与井眼形成的关内外形成U型管压力平衡模型，立管压力传感器1与套管回压传感器2分别获取井口对钻具内与环空液柱压力的附加压力，泥浆进出口密度传感器3分别获取钻具内与环空静液柱压力，环控循环压耗会对井底环空压力造成附加压力，这样管内对井底压力为井口立管压力与管内静液柱压力和，环空对井底压力为套管回压、环控循环压耗与环空静液柱压力和，流量传感器6获取的钻井液流量变化会改变泵压和环空压耗，井下环空压力测量短节7可是实时测量井下环空压力变化并传送解码给钻井工程师，为井口回压控制决策提供数据支持，解决了如何精确测量井底环空压力及井筒压力控制关键参数，实时测量并快速传递数字信号的问题。

压力敏感地层钻进中控压钻井是闭路循环系统，泥浆循环罐里泥浆入口密度传感器4会测量泥浆密度，泥浆泵从泥浆循环罐内抽取泥浆时，流经循环罐与泥浆泵之间碟阀，流量传感器6会实时测量闭路循环钻井排量，泥浆泵泵送的泥浆由地面高压管汇流经立管时，立管压力传感器1会实时测量井口泵入泵压，泥浆沿钻具内流经井下压力测量短节7，推动短节内Ⅱ涡轮发电模块发电并为短节提供电力，井下环空压力传感器10把测量的井底压力通过短节内Ⅲ脉冲发生器编码后通过泥浆压力脉冲沿钻具内向上传递，立管压力传感器1接收泥浆压力脉冲信号，经解码器解码后将数字信号通过总线传送至显示屏，泥浆从钻头流出携带岩屑经井眼环空返回井口，流经井口井控设备时，井口四通与节流管汇间套管压力传感器2会测量套管回压，泥浆向上流经闸板防喷器、环形防喷器、旋转防喷器经闭路管线流向振动筛时，泥浆出口密度传感器3会测量环空返出泥浆密度，含岩屑泥浆经振动筛等固控系统净化后流回循环罐，循环罐里液位传感器5会监测循环罐内泥浆总体积变化，监测压力敏感地层井下环空是否发生井漏或气侵、井涌，所有的传感器都经电缆连接到总线接口并经解码器解码，将数字信号通过串行总线传送到显示屏。

司钻房、钻井监督房、工程师值班房都可以通过显示屏实时看到井筒压力状态，并通过调节节流管汇开度对井口回压进行控制保持井底压力平衡，来保证压力敏感地层安全钻进。

Claims (3)

1.一种压力敏感地层控压钻井监测系统，其特征在于，包括立管压力传感器、钻台立管本体、井下环空压力测量短节、套管回压传感器、节流管汇、井口四通、泥浆出口密度传感器、循环罐、液位传感器、流量传感器、泥浆泵，立管压力传感器通过螺纹连接在钻台立管本体，井下环空压力测量短节连接在钻台立管本体上，套管回压传感器通过螺纹连接在节流管汇上，节流管汇通过法兰与井口四通连接,泥浆出口密度传感器安置在振动筛前导流槽内，泥浆入口密度传感器固定在循环罐里，液位传感器通过支架固定在循环罐里，流量传感器安装在循环罐与泥浆泵之间，循环罐与泥浆泵之间管路通过碟阀连接，立管压力传感器、套管回压传感器、液位传感器、流量传感器均通过电缆连接通过串行总线汇集于总线接口，总线接口连接工况解码器，井下环空压力测量短节为双母接头。

2.根据权利要求1所述的一种压力敏感地层控压钻井监测系统，其特征在于，井下环空压力测量短节由涡轮发电模块，脉冲发生器模块和井底环空压力传感器模块组成。

3.根据权利要求2所述的一种压力敏感地层控压钻井监测系统，其特征在于，涡轮发电模块为脉冲发生器和环空压力传感器提供电力，脉冲发生器工作方式为泥浆正脉冲，泥浆正压力脉冲沿钻具组合内部传递，环空压力传感器测得的数值由泥浆脉冲发生器编码并产生压力脉冲。